【摘 要】
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旋耕刀工作时长期承受土壤中的磨粒、砂石及作物秸秆等磨料频繁冲击,极易发生磨损、腐蚀、断裂等失效。改善旋耕刀的耐磨性、耐蚀性、冲击韧性,延长其使用寿命,是推动旋耕机产业转型升级与发展的重要举措。为提高旋耕刀的使用寿命,本文采用等离子堆焊技术在Q235基体上制备了 Fe/WC/CeO2堆焊层,优化了等离子堆焊工艺参数,分析了堆焊层的结构与性能及CeO2稀土氧化物对堆焊层组织性能的影响。研究结果可为深松
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旋耕刀工作时长期承受土壤中的磨粒、砂石及作物秸秆等磨料频繁冲击,极易发生磨损、腐蚀、断裂等失效。改善旋耕刀的耐磨性、耐蚀性、冲击韧性,延长其使用寿命,是推动旋耕机产业转型升级与发展的重要举措。为提高旋耕刀的使用寿命,本文采用等离子堆焊技术在Q235基体上制备了 Fe/WC/CeO2堆焊层,优化了等离子堆焊工艺参数,分析了堆焊层的结构与性能及CeO2稀土氧化物对堆焊层组织性能的影响。研究结果可为深松铲、犁铧、割草刀等农业触土部件表面强化提供参考。论文主要研究内容如下:以FJ-19粉末、NiWC粉末、CeO2粉末为堆焊粉末,利用DML-V02BD等离子堆焊机在Q235基体表面制备Fe/WC/CeO2堆焊层。分别以堆焊电流、堆焊速度、送粉速率、堆焊距离和磨损质量为试验因素和评价指标,通过Box-Behnken试验优化了等离子堆焊层制备工艺参数:堆焊电流50A,堆焊距离10 mm,堆焊速度15 cm/min,送粉速率20 g/min。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能谱仪分析对比了 Fe/WC、Fe/WC/CeO2堆焊层的显微组织、物相与化学成分。结果表明:Fe/WC堆焊层主要由γ-Fe、Fe-Cr-Ni固溶体、WC、M7C3、Cr7C3、Cr23C6等物相组成;与Fe/WC堆焊层相比,Fe/WC/CeO2堆焊层中的硬质相尺寸明显减小且呈弥散分布;Fe/WC/CeO2堆焊层中的碳化物与固溶体峰值有所增加;Fe/WC/CeO2堆焊层中出现了 W2C硬质相。采用维氏显微硬度计、往复式摩擦磨损试验机、冲击试验机、电化学工作站分析对比了 Fe/WC、Fe/WC/CeO2堆焊层的显微硬度、耐磨性、冲击韧性和耐蚀性。结果表明:Fe/WC/CeO2堆焊层显微硬度分布均匀,硬度自堆焊层至基体方向逐渐降低;与Fe/WC堆焊层相比,Fe/WC/CeO2堆焊层的平均显微硬度（HV0.5870）提高了 22%,磨损质量（10.81 mg）降低约16%。平均摩擦系数（0.45）降低了 19%,冲击韧性（7.9 J/cm2）提高了 29%,腐蚀电位（-0.46 V）提高了 15%。分析了 CeO2稀土氧化物对涂层组织性能的影响。CeO2稀土氧化物可提高熔池中液态金属的流动性,使熔池中的气体充分逸出的同时促进WC、M7C3、Cr23C6等硬质相颗粒在堆焊层中的弥散分布,减小了堆焊层中气孔、夹杂等缺陷产生倾向,缓解了堆焊过程中因快速升温-快速冷却产生的应力集中,减小了堆焊层裂纹产生倾向,从而获得致密性好、硬度高、摩擦系数小、耐磨性高、耐蚀性好的堆焊层。利用自制的土槽摩擦磨损试验机与田间试验对比了等离子堆焊Fe/WC/CeO2旋耕刀与65Mn旋耕刀的耐磨性。结果表明:65Mn旋耕刀的切刃部磨痕密集、磨损明显,而Fe/WC/CeO2堆焊层旋耕刀未发现明显磨痕,且堆焊层无脱落现象;Fe/WC/CeO2涂层旋耕刀的磨损质量（25 g）较65Mn旋耕刀（71 g）减少约65%。
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